Тема 5.1 Назначение, классификация и основные характеристики реле

Студент должен:

Знать:

- классификацию реле, их назначение и основные характеристики;

- требования, предъявляемые к судовым реле;

уметь:

- определять вид реле;

- выбирать тип и номинальные параметры реле по справочной литературе;

- проводить настройку реле на заданные параметры.

Назначение реле в схемах электропривода, автоматики и контроля. Функциональная схема реле. Классификация реле, основные характеристики. Требования к реле. Реле, контролирующие неэлектрические параметры.

Материал для изучения

В схемах автоматического управления, регулирования и защиты электрических приводов широко применяются реле. Электрическое реле — аппарат, в котором при плавном изменении входного (управляющего) параметра и достижении им определенного значения происходит скачкообразное изменение выходного (управляемого) параметра. Реле относится к аппаратам прерывистого управления, так как рабочее состояние его определяется двумя крайними положениями исполнительного элемента «включено» и «выключено». Оно состоит из трех основных функциональных элементов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного. Воспринимающий элемент реагирует на входной параметр и преобразует его в физическую величину, необходимую для работы реле. В контактных реле входной параметр преобразуется воспринимающим элементом в механическую силу.

Конструктивное исполнение воспринимающего элемента определяется в основном параметром, на который должно реагировать реле. Например, в реле тока это будет электромагнит, в реле давления — мембрана или сильфон, в реле уровня — поплавок и т. д.

Промежуточный элемент при превышении тягового усилия над противодействующим передает первичное воздействие на исполнительный элемент.

Промежуточными элементами в контактных реле являются противодействующие пружины и успокоители (демпферы). Пружины служат для создания противодействующих сил и изготовляются из специальных сортов стали или сплавов меди. Они выполняются прямыми, изогнутыми, винтовыми цилиндрическими, коническими и спиральными.

Успокоители применяются для успокоения колебаний подвижных частей и получения в реле времени необходимой выдержки времени. Наиболее часто применяются магнитные и механические успокоители. Магнитное успокоение создается за счет увеличения постоянной времени магнитного потока или использования вихревых токов. Замедленное нарастание или спадание потока в магнитной системе при ее включении или отключении позволяет получить в реле необходимую выдержку времени.

Успокоение колебаний подвижной части реле осуществляется за счет взаимодействия вихревых токов, индуктированных в подвижной части (алюминиевом диске, барабанчике) с полем постоянного магнита.

Механические успокоители выполняются масляными, воздушными и др. При масляном успокоении якорь связан с поршнем, который движется в цилиндре, наполненном вязкой жидкостью. Воздушные успокоители выполняются аналогично масляным, но обладают меньшим эффектом успокоения.

Исполнительным элементом у контактных реле являются контакты. Условия работы контактов оказывают большое влияние на выбор их конструкции, размеров и материала, из которого они выполняются.

В реле малой мощности подвижные и неподвижные контакты крепятся на упругих пластинках из фосфористой бронзы, латуни и т. д. Они обеспечивают необходимое нажатие и провал контактов. В более мощных реле применяются мостиковые контакты. В этом случае неподвижные контакты укреплены на пружинящих пластинках или жестком основании. У мощных реле иногда применяют пальцевую систему контактов. Большое разнообразие существующих реле можно классифицировать по различным признакам.

По принципу действия воспринимающих элементов различают реле: электромагнитные, поляризованные, магнитоэлектрические, электродинамические, индукционные, тепловые, электронные, полупроводниковые и т. п.

По принципу воздействия на управляемую цепь реле делятся на контактные и бесконтактные. Первые воздействуют на управляемую цепь путем замыкания или размыкания ее при помощи своих контактов. Вторые осуществляют управление за счет скачкообразного (релейного) изменения параметров (индуктивности, емкости и т. п.) своего исполнительного элемента, включенного в управляемую цепь. К таким реле относятся полупроводниковые, магнитные и др.

В зависимости от входного параметра различают реле тока, напряжения, мощности, частоты и других величин. Все они могут реагировать не только на максимальное или минимальное значение, но и на разность величин (дифференциальные реле). Некоторые реле реагируют на изменение знака или на скорость изменения входной величины.

По способу включения воспринимающего элемента различаются первичные, вторичные и промежуточные реле. Первичные реле включаются непосредственно в контролируемую цепь, а вторичные — через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Промежуточные реле работают от исполнительных элементов других аппаратов и предназначаются для усиления сигнала, увеличения числа управляемых цепей и т. п.

По способу воздействия исполнительного элемента на объект управления различают реле прямого и косвенного действия. Реле прямого действия своим исполнительным элементом непосредственно управляет контролируемой цепью. Реле косвенного действия воздействует своим исполнительным элементом на контролируемую цепь через другие аппараты.

Реле защиты электропривода — обычно вторичные, косвенного действия и рассчитываются на выходные токи порядка единиц ампер. Реле управления электроприводами чаще всего исполняются как первичные реле прямого действия; воспринимающие элементы допускают токи до тысяч ампер, а исполнительные — до единиц.

Рис.5.1.1. Характеристика реле «вход—выход»

Одной из основных характеристик реле является зависимость выходного параметра Y от входного X. При отсутствии входного сигнала контакты исполнительного элемента разомкнуты и ток в управляемой цепи равен нулю. При изменении входного сигнала X от нуля до некоторого его значения Х_ср выходной параметр Y равен нулю либо своему минимальному значению Y_min —для бесконтактных реле (рис. 5.1.1). При X ³ Х_ср выходная величина скачком изменяется до значения Y_mах, т.е. происходит срабатывание реле. Если затем уменьшить входной параметр до Х_отп, наблюдается обратное скачкообразное изменение выходной величины Y до значения Y = 0 или Y = Y_min. которое остается неизменным при дальнейшем уменьшении X.

Значение входного параметра Х_ср, при котором происходит срабатывание реле (якорь притягивается), называется параметром срабатывания, а значение входной величины Х_отп, при котором реле отключается (якорь отпадает), — параметром отпускания.

Величина параметра срабатывания или отпускания, на которую настроено реле, называется уставкой.

Отношение параметров отпускания к срабатыванию называется коэффициентом возврата: . Коэффициент возврата всегда меньше единицы и зависит от характера и соотношения тяговой и механической характеристик реле. Он колеблется от 0, 2 до 0, 99.

Отношение рабочего значения входного параметра Х_р, подаваемого для срабатывания реле, к величине уставки на срабатывание называется коэффициентом запаса по срабатыванию: .

Параметром, характеризующим усилительные свойства реле, является коэффициент усиления по мощности: , где Р_ср — минимальная мощность входного сигнала, при котором происходит срабатывание реле (X = Х_ср); Р_у — максимальная электрическая мощность выходной цепи, соответствующая Y _тах. У контактных реле она определяется током, который может быть многократно отключен при данном напряжении.

Одним из параметров релейных устройств является чувствительность. Под чувствительностью понимают ту минимальную входную величину энергии (мощности), которая еще способна вызвать скачкообразное изменение выходной величины.

Применительно к электромагнитным реле чувствительность обычно характеризуется МДС срабатывания. В практике она выражается через ток или напряжение срабатывания, так как число витков для данного реле — величина постоянная.

Время срабатывания — промежуток времени от момента появления входного параметра (X > Х_ср) на воспринимающем элементе до момента скачкообразного изменения выходного параметра. Время срабатывания t _ср для контактных реле складывается из времени трогания t _тр и времени движения t _дв подвижных частей реле до момента воздействия на исполнительный элемент (рис. 5.1.2).

Время срабатывания и отпускания реле зависит от его конструкции и схемы включения. На рис. 5.1.2, а представлена зависимость тока от времени в управляемой цепи, а на рис. 5.1.2, б — та же зависимость в управляющей цепи.

Рис. 5.1.2. Время срабатывания и отпускания электромагнитных реле

Рис. 5.1.3. Тяговая и противодействующая характеристики реле

Время от момента замыкания контактов до момента прекращения действия входного параметра называется рабочим периодом реле t _раб.

Промежуток времени от момента снятия входного сигнала с воспринимающего элемента до момента прекращения воздействия исполнительного элемента на управляемую цепь называется временем отпускания реле t _отп. Полное отключение управляемой цепи произойдет после погасания дуги.

Требования, предъявляемые к судовым реле, в значительной степени определяются условиями, в которых они работают.

Судовые реле должны нормально работать в следующих режимах:

· реле переменного тока при кратковременном (в течение 5с) снижении линейного напряжения на 35% и повышении на 10%; при длительном снижении напряжения на 15% и изменении частоты на 5% номинальной;

· реле постоянного тока при кратковременном повышении напряжения на 10%; при длительном повышении напряжения на 5% и длительном снижении напряжения на 20% номинального.